Mercedes-Benz arbeitet an einer neuen Batterietechnik, die das Laden von Elektroautos vereinfachen und die Hochvoltarchitektur grundlegend verändern könnte. Ein sogenannter Power Converter soll unabhängig vom Ladezustand der Batterie eine konstante Spannung von bis zu 800 Volt bereitstellen. Gleichzeitig könnte die Technologie das klassische Bordladegerät und weitere Hochvoltkomponenten überflüssig machen.
Das Konzept basiert auf programmierbaren Mikrowandlern, die den Energiefluss direkt auf Ebene einzelner Batteriezellen oder Zellgruppen steuern. Anders als bei herkömmlichen Batteriesystemen, in denen zahlreiche Zellen fest miteinander verschaltet sind, lassen sich die einzelnen Einheiten dadurch wesentlich flexibler ansteuern. Die Leistungselektronik übernimmt dabei Aufgaben, für die bislang mehrere separate Komponenten erforderlich sind.
Ein wesentlicher Vorteil ist die konstante Hochvoltspannung. Bei konventionellen Elektroautos verändert sich die Batteriespannung abhängig vom Ladezustand. Der Power Converter soll dagegen unabhängig davon eine stabile Spannung von bis zu 800 Volt liefern. Das erleichtert die Auslegung von Elektromotoren und Ladeelektronik und könnte auch die Kompatibilität mit unterschiedlichen Ladeinfrastrukturen verbessern.
AC- und DC-Laden in einem System
Die flexible Verschaltung der Batteriezellen bringt weitere Optionen. So könnten unterschiedliche Zellgruppen unabhängig voneinander geladen und betrieben werden. Sogar die Kombination verschiedener Zellchemien innerhalb eines Akkupakets wäre denkbar. Beispielsweise ließen sich kostengünstige Zellen mit robusten Eigenschaften und besonders energiedichte Zellen miteinander kombinieren. Auch unterschiedlich gealterte oder leistungsfähige Zellen könnten besser in das Gesamtsystem eingebunden werden.
Besonders weitreichend ist der Ansatz aber auch bei den Ladefunktionen. Der Power Converter soll sowohl Wechselstrom (AC) als auch Gleichstrom (DC) verarbeiten können. Damit könnte das bislang übliche separate Onboard-Ladegerät entfallen. Auch die bidirektionale Energieübertragung ist vorgesehen: Strom lässt sich nicht nur in die Batterie einspeisen, sondern bei Bedarf wieder abgeben – etwa an externe Verbraucher oder ins Stromnetz. Das eröffnet Möglichkeiten für Vehicle-to-Load und Vehicle-to-Grid.
Weniger Gewicht, mehr Ausfallsicherheit
Die dezentrale Steuerung könnte zudem die Ausfallsicherheit erhöhen. Schwächelt eine einzelne Zelle oder ein Modul, soll die Elektronik diese Einheit gezielt ausgleichen oder gegebenenfalls überbrücken können. Bislang kann eine schwache Zelle die Leistungsfähigkeit eines ganzen Zellverbunds begrenzen. Auch bei der Bauraum- und Gewichtsoptimierung verspricht Mercedes Vorteile, weil zusätzliche Hochvoltkomponenten entfallen oder kleiner dimensioniert werden könnten.
Die bisher erprobten Wandlermodule erreichen eine Leistung von bis zu drei Kilowatt pro Modul. Je nach Auslegung sind auch Spannungen von mehr als 800 Volt möglich. Die variable Spannungswandlung könnte außerdem den Einsatz in unterschiedlichen Märkten erleichtern, deren Stromnetze und Ladeinfrastrukturen sich teilweise erheblich unterscheiden.
Hohe Komplexität als Herausforderung
Allerdings bringt der Ansatz auch technische Herausforderungen mit sich. Die Vielzahl dezentraler Wandler erhöht die Komplexität der Elektronik und der erforderlichen Regelungssoftware. Hinzu kommen Kosten für Halbleiter und Steuerungstechnik. Auch die Zuverlässigkeit muss sich erst im Dauerbetrieb beweisen: Wo bislang vergleichsweise wenige zentrale Leistungselektronik-Komponenten arbeiten, kommen künftig zahlreiche zusätzliche elektronische Bauteile hinzu. Nicht zuletzt müssen die entstehenden Wärmeverluste innerhalb des Batteriepakets beherrscht werden.
Noch ist der Mercedes Power Converter Entwicklungsarbeit und nicht serienreif. Wann die Technik in einem konkreten Serienmodell zum Einsatz kommen könnte, ist offen. Das Potenzial ist dennoch erheblich: Statt die Batterie als fest verschalteten Energiespeicher zu betrachten, wird sie zu einem softwaregesteuerten System, das seine Spannung, Ladefunktionen und Energieflüsse flexibel an die jeweiligen Anforderungen anpasst.
